Automatische Systemen - Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

Automatische systemen

Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

Hoofdstuk Automatische systemen

Automatische systemen - Soorten systemen

Automatische systemen - Sensoren

Automatische systemen - Systeembord, EN-poort & OF-poort

Automatische systemen - Geheugencel, variabele spanning, pulsgenerator & pulsenteller

Leerdoelen

Aan het eind van deze les weet je ...

... hoe een pulsgenerator werkt en hoe die te gebruiken

... waar je een variable spanning voor kan gebruiken

... hoe je een geheugencel werkt en hoe die te gebruiken

... hoe een pulsgenerator werkt en hoe die te gebruiken

Een temperatuursensor in een waterkoker is gekoppeld aan een verwerkingsgedeelte, wat ervoor zorgt dat de temperatuur niet lager komt dan 50 °C. Wanneer dit wel het geval is, schakelt het de waterkoker weer in en laat het het water verwarmen tot 100 °C.

Wat voor systeem is dit?

1. Meetsysteem
2. Stuursysteem
3. Regelsysteem
4. Warmtesysteem

Bekijk de ijkgrafiek van een temperatuursensor hiernaast.

Tussen welke waarden geldt lineairiteit?

Antwoord

De grafiek loopt lineair tussen 30 en 90 °C.

Bekijk de ijkgrafiek van dezelfde temperatuursensor hiernaast.

Bereken de gevoeligheid van de sensor in het lineaire deel van de ijkgrafiek.

1. 0,0345 V/°C
2. 0,0542 V/°C
3. 18,46 °C/V
4. 28,24 °C/V

Zet het binaire getal 101101 om in een decimaal getal

1. 54
2. 45
3. 61
4. 48

Zet het decimaal getal 71 om in een binair getal

1. 1001101
2. 100101
3. 1101010
4. 1000111

Systeembord

De onderdelen waar we het over gaan hebben, zijn:

- Variable spanning

- Pulsgenerator

- Geheugencel

- Pulsenteller

Variable spanning

De variabele spanning is een invoerelement wat een

continu signaal geeft. Bijv: als je het instelt op 3,0 V,

krijg je er in de tijd alleen maar 3,0 V uit.

Dit kan handig zijn om een sensor mee te simuleren,

door de uitgang van de variabele spanning op een

comparator aan te sluiten en hier een HOOG ( 1 ) of

LAAG ( 0 ) signaal uit te krijgen.

Pulsgenerator

De pulsgenerator is een invoerelement wat een

discreet signaal als uitgang geeft, met HOGE ( 1 )

pulsen en LAGE ( 0 ) pulsen, zie afbeelding hieronder. 

Met de frequentie in Hz geef je aan hoeveel pulsen in

een seconde er gegenereerd worden. Dus met 1 Hz

krijg je 1 (HOGE en LAGE) puls per seconde, met

10 Hz, 10 (HOGE en LAGE) pulsen per seconde. 

Geheugencel

De geheugencel is een verwerkingselement dat

twee ingangen heeft, de SET en RESET. 

Wanneer je een HOOG ( 1 ) signaal op de SET zet, zal

de uitgang van de geheugencel langdurig een

HOOG ( 1 ) signaal blijven afgeven. 

Om dit langdurige uitgangssignaal uit te schakelen,

zet je een HOOG ( 1 ) signaal op RESET. Nu zal de

uitgang weer op LAAG ( 0 ) staan. 

Wanneer SET en RESET beide tegelijkertijd een

HOOG ( 1 ) signaal krijgen, wint de SET altijd.

Pulsenteller (1/2)

De pulsenteller is een verwerkingselement wat, de

naam zegt het al, pulsen telt. 

Met "tellen aan/uit", kan met een HOOG ( 1 ) signaal de teller aangezet worden. Met een LAAG ( 0 ) signaal

wordt de teller uitgezet. Als er GEEN draad is aangesloten op "tellen aan/uit", staat de teller altijd AAN.

De "tel pulsen" ingang dient voor de ingang van de

pulsen. Stel dat je via de pulsgenerator een dicreet signaal van 10 Hz geeft aan de "tel pulsen" ingang. Dan zullen die pulsen worden omgezet in een binair  

signaal via 4 uitgangen, 

zie de figuur hiernaast.

Pulsenteller (2/2)

Ook wordt het aantal pulsen wat geteld 

wordt, aangegeven via een display, van 

0 t/m 9 pulsen, zie figuur hiernaast.

De "reset" kan gebruikt worden om het aantal

pulsen te herstarten. Stel dat je maar 4 pulsen wilt

tellen, dan sluit je de 4 van de uitgang (zie figuur

hieronder) aan op de "reset". 

Je zal dan in het display continu 4 pulsen geteld zien

worden, beginnend bij 0;

0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - 0 - 1 - 2 - 3 - etc...

Voorbeelden (1/2)

Knipperlicht

Knipperlichten worden vaak gebruikt als waarschuwing voor gevaarlijke situaties in het verkeer. Ontwerp een knipperlicht (ca. 0,5 s aan, 0,5 s uit, 0,5 s aan, enz.).

Schoolbel

Een schoolbel moet 3 s klinken. Ontwerp een systeem dat de zoemer 3 s aanzet na het indrukken van de drukknop. Het systeem moet zichzelf resetten 

zodat het klaar is voor een volgende druk op een andere  knop.

Voorbeelden (2/2)

Schakelaar met vertraging

Als je het licht in een kamer uitdoet sta je direct in het donker. Soms is het dan moeilijk om de deur veilig te bereiken. Een goede oplossing hiervoor is een schakelaar die het licht direct inschakelt na een druk op een drukknop en na 6 seconden uitschakelt.

Klassikale opgaven

Opgave 1 - Schakelaar met vertraging

Als je het licht in een kamer uitdoet sta je direct in het donker. Soms is het dan moeilijk om de deur veilig te bereiken. Een goede oplossing hiervoor is een schakelaar die het licht direct aanschakelt na een druk op een drukknop en uitschakelt 6 s nadat de drukknop opnieuw is ingedrukt.

Opgave 2 - Inbraakalarm 

Als een dief een lichtbundel onderbreekt, moet een alarm klinken. De eigenaar van het huis kan het alarm uitschakelen door indrukken van een knop. Ontwerp een schakeling voor dit anti-diefstalsysteem. Gebruik hierbij een sterke lichtbundel (bijv. een bureaulamp) met een veel hogere lichtintensiteit dan het omgevingslicht.

Klassikale opgaven

Opgave 3 - Autoalarm

Een bezorger wil niet langer zijn auto hoeven af te sluiten bij elk adres. Het idee is om een alarm te ontwikkelen dat automatisch inschakelt zodra de autosleutel uit het contactslot wordt gehaald. Het alarm moet bovendien aangaan als de deur langer dan 8 s openstaat. We nemen aan dat 8 s voldoende tijd is voor de bezorger om in- en uit te stappen (het is een supersnelle bezorger!). Het alarm kan alleen uitgeschakeld worden met de autosleutel. 

Ontwerp dit alarmsysteem. Gebruik drukknop 1 als het contactslot. Als deze is ingedrukt zit de sleutel in het slot. Gebruik drukknop 2 als de deur; Is deze ingedrukt dan is de deur open. Gebruik een LED om te laten zien dat het alarm aan/uit is. 

Opgave 4 - Wasmachine

Een wasmachine moet veel verschillende taken uitvoeren. Hier beperken we ons tot een klein onderdeel van het hele wasproces, namelijk het inschakelen van het verwarmingselement totdat de juiste wastemperatuur is bereikt. Zodra dit het geval is, moet het element uitgeschakeld worden en moet de motor 8 s gaan lopen. Na deze 8 s moet de motor stoppen. 

Ontwerp een schakeling voor dit onderdeel van de wascyclus. Gebruik o.a. een temperatuursensor, een glas met koud water en een glas met warm water. 

Bepaal eerst de spanning van de sensor waarbij jij vindt dat het water warm genoeg is. Simuleer het verwarmingselement met LED 1 (LED aan = verwarming aan) en de motor met LED 4 (LED aan = motor aan).